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CN109946044A - 一种折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统 - Google Patents

一种折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统 Download PDF

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CN109946044A CN201910178524.2A CN201910178524A CN109946044A CN 109946044 A CN109946044 A CN 109946044A CN 201910178524 A CN201910178524 A CN 201910178524A CN 109946044 A CN109946044 A CN 109946044A
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Abstract

本发明公开了一种折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统。检验光学系统主要由干涉仪、折反透镜组、亨德尔球面反射镜及待检凸抛物面反射镜组成。折反透镜组由一个单透镜和一个折反透镜组成。首先利用折反透镜校正球面反射镜产生的球差，再利用单透镜形成自准检验光路同时提高球差校正效果。该光学系统可以实现超大口径凸抛物面反射镜的高精度检验。本发明可以在保证系统检验高精度的同时，减小所需球面反射镜以及折反透镜组的口径，缩短检测光路的长度，降低了加工以及检测过程中装调的难度，节约了成本。

Description

一种折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统。该检验系统适用于口径为500mm以上的超大口径凸抛物面反射镜的检验。
背景技术
在现代的光学发展进程中，非球面由于其良好的光学性质，被广泛的应用于各类光学领域中。其中，大口径凸非球面的测量一直是光学检测中的难点之一。凸非球面中的凸抛物面反射镜可以把平行于抛物面光轴的任意光线全部汇聚于焦点上，提高成像质量。现在凸抛物面反射镜也已经广泛的应用于大型空间、地基、深空探测望远镜、平行光管、光学镜头等系统中，是参与高质量成像的重要组件之一。其口径的大小以及面形的精度高低是成像质量好坏的关键决定因素。传统的检测方法中，Hindle球检测法需要一个口径远大于待检镜(一般需要是被检镜的2.2倍以上)的Hindle标准球面镜，在检测超大口径凸抛物面非球面镜时就提高了检测难度和成本，并且易产生中心遮拦；刀口阴影检测法可以检测凸抛物面非球面镜，但是对于面形误差难以准确量化，只能用于低精度的非球面加工；零位补偿法是检验凸非球面最常用的方法，但是在检测大口径非球面时，补偿透镜精度要求高、口径大，提高了透镜的加工难度，检测光路长，装调困难，在实际的大口径凸非球面检测过程中难以实现；现代的全息检测法需要针对性定制，制作工艺复杂，成本高。因此，传统的非球面检测方法已经不能够满足大口径凸抛物面非球面镜的检测需求。
【先行技术文献】凸非球面无光焦度双透镜Hindle检验研究，[J].姚劲刚,郑列华,郝沛明.量子电子学报,2017,34(3):272-277。
【先行技术文献】Φ4m口径凹抛物面镜折反零位补偿检验，[J].胡文琦,叶璐.量子电子学报,2017,34(4):394-399。
文献1中提供的改进方法，通过加入无光焦度校正透镜实现了减小Hindle球透镜的口径的目的。但是，使用该方法检测大口径凸非球面镜的过程中，使用的检测光路长，引入的误差大，不便于调节。并且，其中Hindle球透镜需要半镀银，引入了二次加工的问题，当Hindle球口径变大时，提高了前期的加工技术难度和成本，同时对激光器也提出了较高要求。
文献2中提供的改进方法通过折反射式零位补偿的方法实现了大口径非球面的检测，有效的缩短了光路提高了补偿能力。但是该方法主要应用于凹抛物面非球面的检测，未能实现对凸抛物面非球面的检测需求。
发明内容
本发明中，为了解决上述的技术难题，提高大口径凸非球面的检测精度，提供一种通过单透镜与折反透镜相结合的，能够实现超大口径凸抛物面反射镜的检验系统。该系统有效的的缩短了检测光路，提高了补偿能力，缩小了辅助检测透镜的口径，降低了成本和加工难度。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
检验系统主要由干涉仪1、折反透镜组2、超大口径待检凸抛物面反射镜、亨德尔球面反射镜3组成。其中折反透镜组2由一个单透镜和一个折反透镜组成，通过引入一个折反透镜，有效的校正了亨德尔球面反射镜所产生的球差。同时，为了便于检测的实现，将光路设计成自准检验光路，并且在折反透镜左边增加一块单透镜来进一步提高亨德尔球面反射镜所产生球差的校正效果。
干涉仪1发出一束平行光通过亨德尔球面反射镜3中心孔至折反透镜组2，通过折反透镜组2折反射后到达亨德尔球面反射镜3上，亨德尔球面反射镜3将光线反射至待检凸抛物面反射镜上，因是自准系统，经过待检凸抛物面沿法线方向反射至亨德尔球面反射镜3上，光路从亨德尔球面反射镜3反射后按原光路返回。
该检测系统中，亨德尔球面反射镜3的口径与待检凸抛物面反射镜的口径比值小于2，折反透镜组2的最大口径与待检凸抛物面反射镜的口径比值小于0.16。
本发明中，通过单透镜与折反透镜组合消像差，让亨德尔球面反射镜3的球心位于凸抛物面反射镜的后焦点，实现了待检超大口径凸抛物面反射镜的自准检验。提高了凸抛物面反射镜的检验精度，缩短了检测光路长度，提高了透镜的补偿能力，缩小了辅助检测透镜的口径，降低了成本和加工难度。
附图说明
图1是本发明中用于检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统结构图。
图2是本发明中用于检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统的轴向球差曲线图。
具体实施方式
以下，结合说明书附图和具体实施例子对本发明作进一步详细说明。
图1至图2展示出了本发明折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统的一种实例，该干涉检测方法包括如下步骤：
干涉仪1发出一束平行光经通过亨德尔球面反射镜3中心孔至折反透镜组2，光束通过折反透镜组2折射并反射到达亨德尔球面反射镜3上，亨德尔球面反射镜3将光线反射至待检凸抛物面反射镜上，因是自准系统，经过待检凸抛物面反射后沿法线方向反射至亨德尔球面反射镜3，光路从亨德尔球面反射镜3反射后按原光路返回干涉仪1，干涉检验结果即为凸抛物面反射镜实际面形。
实例中待检凸抛物面反射镜口径为700mm，曲率半径为2500mm，二次常数为-1，检验凸抛物面反射镜的实际光学系统由干涉仪1，折反透镜组2，待检凸抛物面反射镜和亨德尔球面反射镜3组成。
本例中凸抛物面反射镜反射不会产生球差，为了校正亨德尔球面反射镜3产生的球差，缩短检测光路，便于实际检测的实现，引入折反透镜组2，组成自准检验光路。系统中制作折反透镜组2的材料采用K9玻璃，折反透镜组2中的透镜最大口径为112mm，与待检凸抛物面反射镜口径的比值为0.16，亨德尔球面反射镜3的口径与待检凸抛物面反射镜的口径的比值为1.96。
本实施例中，通过光学设计软件对折反透镜组2的参数进行优化，以平衡被测的凸抛物面反射镜的像差为优化目标，优化后的折反透镜组以及检测光路中的具体参数如下表1所示，优化后的检验光学系统的残余像差为PV＝0.005λ，RMS＝0.0017λ(λ＝632.8nm)。
虽然本发明已以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明，该发明同样适用于所有超大口径的凸抛物面反射镜的检测，本实施例主要以平行光进行说明，同样适用于发散光源。
表1检验系统的主要光学参数
序号 曲率半径(mm) 厚度(mm) 材料 口径(mm) 二次系数
1 Infinity Infinity 0.00 0.00
2 Infinity 1500 44.79 0.00
3 -226.43 25.00 K9 44.79 0.00
4 -228.15 5.00 46.49 0.00
5 -465.73 25.00 MIRROR 47.38 0.00
6 891.76 -25.00 MIRROR 600.07 0.00
7 -465.73 -5.00 51.43 0.00
8 -228.15 -25.00 K9 53.84 0.00
9 -226.43 -1050.02 56.14 0.00
10 2500.00 1250.00 MIRROR 349.93 0.00
11 2500.00 -1250.00 MIRROR 349.93 -1.00
12 2500.00 1250.00 MIRROR 686.42 0.00
13 2500.00 -1250.00 MIRROR 349.93 -1.00
14 2500.00 1050.02 MIRROR 349.93 0.00
15 -226.43 25.00 K9 56.14 0.00
16 -228.15 5.00 53.83 0.00
17 -465.73 25.00 K9 51.43 0.00
18 891.76 -25.00 MIRROR 47.38 0.00
19 -465.73 -5.00 46.46 0.00
20 -228.15 -25.00 K9 46.48 0.00
21 -226.43 -1200 44.79 0.00
22 -100.00 44.79 0.00
23 Infinity 0.00 0.00

Claims (3)

1.折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统，由干涉仪(1)，折反透镜组(2)，亨德尔球面反射镜(3)及待检凸抛物面反射镜组成，其特征在于：
所述的亨德尔球面反射镜(3)处于干涉仪(1)与折反透镜组(2)之间，其球心位于待检凸抛物面反射镜的后焦点上，形成自准光学系统；折反透镜组(2)位于待检凸抛物面反射镜和球面反射镜(3)之间，校正了球面反射镜所产生的像差；
所述的干涉仪(1)发出的平行光束从亨德尔球面反射镜(3)的中心孔入射，经过折反透镜组(2)的折反射，入射到亨德尔球面反射镜(3)上，从球面反射镜(3)反射的光线，再经过待检凸抛物面反射镜的反射，沿法线方向再次入射到亨德尔球面反射镜(3)上，并自准反射，按原路返回干涉仪。
2.根据权利要求1所述的折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统，其特征在于：所述的亨德尔球面反射镜(3)的口径与待检凸抛物面反射镜的口径的比值不超过2。
3.根据权利要求1所述的折反透镜组检验超大口径凸抛物面反射镜的光学系统，其特征在于：所述的折反透镜组(2)的口径与待检凸抛物面反射镜的口径比值不超过0.16。
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